碳碳熱場材料崛起

市場機遇-熱場大尺寸化碳/碳熱場材料是光伏單晶爐生產(chǎn)中所必需的耗材，主要產(chǎn)品形式為單晶拉制爐的坩堝、導流筒、保溫筒、加熱器等，在不同的部件，以等靜壓石墨為主流的石墨熱場材料，在2016年之前，能滿足拉制的要求。但隨后，碳/碳熱場最近扮演著愈加重要的角色，主要體現(xiàn)在：1、從圖1中看以看出熱場大尺寸化的趨勢，而碳/碳復合材料為熱場大尺寸化提供了可能。大尺寸熱場部件產(chǎn)品對單晶硅棒的直徑大型化發(fā)展起到支撐作用；2、碳/碳復合材料熱場部件較大程度提高拉晶熱場系統(tǒng)安全性，提升拉晶速率，顯著降低單晶拉制爐的運行功率，對節(jié)能降耗起到較大促進作用。相較于傳統(tǒng)石墨熱場，碳/碳熱場性能占優(yōu)，其穩(wěn)定性、耐沖擊性、抗震性以及綜合機械性能等均要好于石墨材料。并逐步滲透到原有市場。1、碳/碳復合材料抗折強度可達150MPa以上，遠大于石墨的38-60MPa。隨著拉制爐投料量從2016年的300kg提升至2020年的1900kg，坩堝的尺寸也從2011年前后的16-20英寸提高到現(xiàn)在的32-36英寸，坩堝的承載強度要求更高，碳基復材更能勝任。2、碳/碳復合材料導熱系數(shù)低至30W/(m·K)以下，大幅低于石墨的80-140W/(m·K)。這一特性使碳/碳復合材料導流筒更能加速硅棒生長，保溫筒能降低熱量損失，進而降低單晶爐運行功率，節(jié)省電費。需求拉動-滲透率迅速提升作為耗材，隨著光伏新增裝機增長，下游企業(yè)對熱場產(chǎn)品的需求也將持續(xù)增長。從2013年以來的數(shù)據(jù)看，隨容配比提升，全球光伏裝機從41GW提升至2023年的240GW，而硅片產(chǎn)量則從39GW提升至381.7GW。根據(jù)金博股份招股說明書、募集說明書滲透率測算數(shù)據(jù)，結(jié)合碳/碳熱場發(fā)展趨勢，預計坩堝2025年滲透率達到100%；導流筒、保溫筒分別達到70%、66%；碳/碳加熱器低成本制備技術(shù)有待突破，金博股份當前已將光伏底部加熱器交付下游，預計2025年滲透率達8%。預計2025年光伏用碳/碳熱場總需求為17231噸，其中替換需求占比由2022年的59%提升至72%，需求結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向以存量替換為主導，可持續(xù)性較強。表1碳/碳復合材料滲透率變化圖而隨著N型電池的發(fā)展，N型硅片的需求將增長。據(jù)統(tǒng)計，2022年，P型單晶硅片與N型單晶硅片合計市場占比約97.5%，其中P型單晶硅片市占率為87.5%，N型單晶硅片市占率上升至10%，預計2023年全年N型單晶硅片的市占率將提升至30%，2025年或?qū)⒊^50%。關(guān)鍵耗材依賴進口的問題將制約行業(yè)發(fā)展，因此后續(xù)國產(chǎn)碳/碳熱場將進一步替代進口的等靜壓石墨產(chǎn)品，碳/碳熱場滲透率將繼續(xù)提升。行業(yè)挑戰(zhàn)-成本壁壘與技術(shù)的突破原材料和生產(chǎn)成本高昂在原材料成本中，碳纖維預制體是最大的部分，占比達80%以上，自制預制體可降低成本，但技術(shù)壁壘較高。從碳/碳熱場的成本構(gòu)成來看，制造費用占比高達54%，主要包括反應輔材、電力、折舊等。在制造費用中，折舊是最大的部分，占比約60%，龍頭公司與其他公司的主要差異來自折舊，降低折舊的方式是提高單位時間設(shè)備產(chǎn)出、自主研發(fā)與生產(chǎn)設(shè)備，而這些主要依托各公司的技術(shù)研發(fā)實力。另外，電力在制造費用中占比約為16%（不同工藝有所差別），主要降低方式是在低電價地區(qū)建廠。關(guān)鍵技術(shù)點的突破不易預制體的制備技術(shù)壁壘較高，且主要用在航空航天領(lǐng)域，國外對這一技術(shù)進行封鎖，目前國內(nèi)具有預制體制備技術(shù)的除科研院所、航空航天單位外，主要有金博股份、江蘇天鳥與龍頭。此外，晶硅爐熱場用碳材料在硅蒸汽中易受到腐蝕。硅蒸汽主要通過材料的孔洞以及缺陷擴散進入材料內(nèi)部進行腐蝕,腐蝕造成材料表面產(chǎn)生大量的裂紋,并且會造成C/C復合材料以及硬質(zhì)碳氈材料內(nèi)部嚴重的破壞。需研究如何有效控制碳基體和碳纖維的剝離，以及碳纖維的縮頸,劈裂等問題。趨勢與挑戰(zhàn)-碳/碳復材的多元化應用碳/碳復合材料因具有比重輕、熱膨脹系數(shù)低、耐高溫、